2018-2019學年高中物理 第4章 光的折射與全反射 第2講 光的全反射 光導纖維及其應用課件 魯科版選修3-4.ppt

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1、第4章——,光的折射與全反射,,第2講 光的全反射 光導纖維及其應用,目標定位 1.知道光疏介質、光密介質、全反射、臨界角的概念. 2.理解全反射的條件，能計算有關問題和解釋相關現(xiàn)象. 3.了解光導纖維的工作原理和光導纖維在生產、生活中的應用. 4.知道全反射棱鏡的原理．,,欄目索引 CONTENTS PAGE,一、全反射及其產生條件,1．全反射：光從某種介質入射到空氣中時，折射角 入射角，當入射角增大到一定程度時， 光線完全消失，全部光線都被反射回介質內．這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，簡稱全反射．,大于,折射,2．臨界角：剛好發(fā)生全反射(即折射角變?yōu)?0)時的 . 公式：sin C＝,入射

2、角,3．光疏介質和光密介質 折射率較 的介質叫做光疏介質，折射率較 的介質叫做光密介質． 4．發(fā)生全反射的條件：光由 介質射入 介質，且入射角 臨界角．,小,大,光密,光疏,大于等于,,想一想 當光從水中射入玻璃的交界面時，只要入射角足夠大就會發(fā)生全反射，這種說法正確嗎？為什么？ 答案 不正確．要發(fā)生全反射必須光從光密介質射入光疏介質．而水相對玻璃是光疏介質，所以不管入射角多大都不可能發(fā)生全反射．,二、對全反射現(xiàn)象的解釋,1．全反射現(xiàn)象：海水的浪花呈白色、魚缸中上升的氣泡亮晶晶，在沙漠里看到的蜃景、炎熱夏天的路面格外明亮光滑． 2．全反射棱鏡 全反射棱鏡的截面為 三角形．它的反射性能比鍍

3、銀的平面鏡 ，精密的光學儀器用它代替鍍銀平面鏡來反射光線．,等腰直角,更好,三、光導纖維及其應用,1．光導纖維的工作原理 (1)光導纖維：把石英玻璃拉成直徑幾微米到幾十微米的細絲，然后再包上折射率比它 的材料，就制成了光導纖維，簡稱光纖． (2)傳導原理：光纖一般由折射率較 的玻璃內芯和折射率較 的外層透明介質組成．光在光導纖維內傳播時，由光密介質(n1)入射到光疏介質(n2)，若入射角 ，光就會在光纖內不斷發(fā)生全反射．,小,高,低,i≥C,2．光纖通信 光導纖維具有質地輕、彎曲自如、傳光效率高、抗機械振動、耐腐蝕性好、能量損耗 、抗干擾能力 、保密性好等優(yōu)點，光纖通信的容量比微波通信

4、高103～104倍．,小,強,一、對全反射的理解,,1．對光疏介質和光密介質的理解 (1)光疏介質和光密介質是相對而言的，并沒有絕對的意義． (2)光在光密介質中的傳播速度比在光疏介質中傳播速度?。?(3)光若從光密介質進入光疏介質時，折射角大于入射角；反之，光由光疏介質進入光密介質時，折射角小于入射角． (4)光疏和光密是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大?。?2．全反射 (1)臨界角：折射角為90時的入射角稱為全反射的臨界角，用C表示，sin C＝ . (2)全反射的條件：①光由光密介質射向光疏介質；②入射角大于等于臨界角． (3)全反射遵循的規(guī)律：發(fā)生全反射時，光全部返回原介質，

5、入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用．,例1 關于全反射，下列敘述中正確的是( ) A．發(fā)生全反射時仍有折射光線，只是折射光線非常弱 B．光從光密介質射向光疏介質時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象 C．光從光密介質射向光疏介質時，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象 D．光從光疏介質射向光密介質時，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,解析 發(fā)生全反射時折射光線的能量為零，折射光線消失，選項A錯誤； 發(fā)生全反射的條件是光從光密介質射向光疏介質，且入射角大于等于臨界角，二者缺一不可，選項B、D錯誤．選項C正確． 答案 C,針對訓練 某種介質對空氣的折射率是 ，一束光從該介質射向空氣，入射角是60，則下列

6、光路圖中正確的是(圖中Ⅰ為空氣，Ⅱ為介質)( ),答案 D,二、全反射的應用,1．全反射棱鏡 (1)特點： ①當光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內部發(fā)生全反射，與平面鏡相比，它的反射率更高． ②反射面不必涂敷任何反光物質，反射時失真小． (2)全反射棱鏡改變光路的兩種常見情況．如圖1甲、乙所示．,圖1,2．光導纖維 (1)原理：內芯的折射率比外套大，光傳播時在內芯和外套的界面上發(fā)生全反射． (2)優(yōu)點：容量大，衰減小，抗干擾性強等． (3)應用：光纖通訊，醫(yī)學上的內窺鏡等．,例2 光導纖維的結構如圖2所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播，以下關于光導纖維的說法正確的是( ) A．內芯

7、的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面發(fā)生全反射 B．內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面發(fā)生全反射,C．內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面發(fā)生折射 D．內芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用 解析 光導纖維的內芯折射率大于外套的折射率，光在由內芯射向外套時，在其界面處發(fā)生全反射，從而使光在內芯中傳播，A對． 答案 A,三、全反射的定量計算,應用全反射解決實際問題的基本方法： 1．確定光是由光疏介質進入光密介質還是從光密介質進入光疏介質． 2．若光由光密介質進入光疏介質時，根據(jù)sin C＝ 確定臨界角，看是否發(fā)生全反射． 3．根據(jù)題設條

8、件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”． 4．運用幾何關系(如三角函數(shù)、反射定律等)進行判斷推理，運算及變換．,例3 一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率． 解析 如圖，從圖形發(fā)光面邊緣的A點發(fā)出的一條光線射到玻璃上表面A′點恰好發(fā)生全反射，則,1．光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是( ) A．a是光密介質，b是光疏介質 B．光在介質a中的速度必須大于在介質

9、b中的速度 C．光的入射角必須大于或等于臨界角 D．光的入射角必須小于臨界角,對全反射的理解,,AC,2．光在某種介質中的傳播速度是1.5108 m/s，光從該介質射向空氣時( ) A．介質的臨界角是30 B．大于或等于30的所有角都是臨界角 C．入射角大于或等于30時都能發(fā)生全反射 D．臨界角可能是60L,AC,全反射的應用,3.空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖3所示．方框內有兩個折射率n＝1.5的玻璃全反射棱鏡，下圖給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖．其中能產生圖中效果的是( ),圖3,解析 四個選項產生光路效果如圖所示：,由圖可知B項正確． 答案 B,4.圖示4為一光導纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L，折射率為n，AB代表端面．已知光在真空中的傳播速度為c. (1)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑?到另一端面，求光線在端面AB上的入射角應滿足 的條件；,圖4,解析 (1)設光線在端面AB上C點(如圖)的入射角為i，折射角為r，由折射定律有 sin i＝nsin r① 設該光線射向玻璃絲內壁D點的入射角為α，為了使該光線可在此光導纖維中傳播，應有α≥θ② 式中θ是光線在玻璃絲內發(fā)生全反射的臨界角，它滿足nsin θ＝1③ 由幾何關系得α＋r＝90④,(2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間．,